JP2009508289A - 5度の自由度を持つ、キャリヤ用移動プラットホーム - Google Patents

5度の自由度を持つ、キャリヤ用移動プラットホーム Download PDF

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Abstract

【課題】キャリヤ及び間隔が隔てられた少なくとも三つのクランプ手段を含む移動プラットホームを提供する。
【解決手段】クランプ手段の各々は、キャリヤを、接触点のところで、及びキャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面のところでクランプし、少なくとも一つのクランプ手段には、キャリヤを少なくとも二つの仮想軸線を中心として回転できるように、接触点を、少なくとも夫々の接触面及び/又は少なくとも夫々のクランプ手段に対して変位するための少なくとも一つの変位エレメントが設けられており、クランプ手段によってキャリヤに加えられる法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、これらの平行な平面は、夫々の接触点でのグローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である。
【選択図】図6

Description

本発明は、キャリヤを回転するための移動プラットホームに関する。
例えば第EP1 111 692号から周知の、少なくとも二つの軸線を中心としてキャリヤを回転するための移動プラットホームは、三つ又は四つの支持手段及び球形キャリヤを使用する。この場合、キャリヤは、重力によって支持手段上に載止し、そのため、このようなシステムは、多くの使用において、特にキャリヤが非常に軽量である場合、安定性が不十分である。球形のキャリヤは、外部から僅かな振動が加わると容易に移動してしまう。
キャリヤの下側が支持手段によって支持されており、上側が圧縮手段によって前記支持手段に押し付けられた移動プラットホームを使用することが、例えば米国特許第5,872,417号から周知である。この周知の形態では、支持手段と圧縮手段との間に残される表面は小さく、そのため、この周知の形態は、特に、電磁ビームを通過させるのに適していない。
第EP1 111 692号 米国特許第5,872,417号
本発明の目的は、キャリヤの回転及び変位を非常に正確に行うことができるようにすることである。好ましくは、これは、1ナノメートル以下の精度で行うことができる。
本発明の別の目的は、キャリヤの移動、回転、及び/又は取り出しを非常にコンパクトな領域内で行うことができるようにすることである。
これらの及び他の多くの目的は、キャリヤ及び間隔が隔てられた少なくとも三つのクランプ手段を含む移動プラットホームにおいて、クランプ手段の各々は、キャリヤを、接触点のところで、及びキャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面のところでクランプし、少なくとも一つのクランプ手段の各々には、キャリヤを少なくとも二つの仮想軸線を中心として回転できるように、少なくとも一つの接触点を、前記接触面及び/又は少なくとも一つのクランプ手段に対して変位するための少なくとも一つの変位エレメントが設けられている、移動プラットホームによって達成される。この場合、クランプ手段によってキャリヤに加えられる法線力は、ほぼ平行な平面内にある。これらの平行な平面は、夫々の接触点でのグローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である。
本発明による移動プラットホームは、例えば顕微鏡検査法、特に透過電子顕微鏡検査法、光学的検査法、リソグラフィー、ロボット工学、マイクロアサンブラージュ、等に適している。キャリヤは、例えば、試料を置くことができるステージやホルダ等である。移動プラットホームの用途に応じて、キャリヤは、更に、カメラ、レンズ、チップ、センサ、ミラー等を支持するのに適している。
クランプ手段は、キャリヤを、接触面に対し、ほぼ垂直に即ち半径方向にクランプする。接触面は、接触点の位置でグローブ状(globular)である。接触面は、クランプ手段が係合するキャリヤの表面を含むということは理解されよう。この場合、接触点は、クランプ手段がキャリヤをクランプする点である。キャリヤをグローブ状に設計することにより、キャリヤをクランプ手段間で比較的容易に回転させることができる。
本発明を正しく理解するため、グローブ状という用語と球形という用語との間を区別する。本明細書中では、グローブ状という用語は、凸状の、球形の、又は例えば両凸曲線(double curves) の湾曲を含むと理解されるが、中空及び凹状もまた含まれる。従って、グローブ状には、原理的に両凸曲線のボール形状、丸みのある円錐形状、円環体形状が含まれる。これらの形状は、三つの直交方向で、少なくとも部分的に楕円形又は円形をなしている。本説明では、グローブ状という用語は、球形という用語よりも広い意味で解釈されるべきであり、球形という用語は、少なくとも一つの接触面に関し、完全に円形の円錐形(completely round cone) 形状を備えているか或いは直交する全ての方向で全体が円形であると理解されるべきである。この場合、円環体の(接触)面は、グローブ状であるが、球形ではない。
有利な実施例では、本発明による移動プラットホームは、非常に「平ら」であるように設計されていてもよい。この場合、クランプ手段は、例えば、実質的に常に一つの平面内にあるように位置決めされる。そのため、移動プラットホームを、有利には、非常にコンパクトであるように設計できる。この場合、法線力は一つの平面内にあり、これらの法線力は、キャリヤが回転している場合でも、平面内のクランプ手段及び/又はキャリヤのほぼ中心で交差する。更に、キャリヤが回転していない位置である中央位置(middle position) で、クランプ手段が実質的に一つの平面内にある実施例も可能である。しかしながら、キャリヤを回転するため、少なくとも一つのクランプ手段及び少なくとも一つの法線力がこの平面から外れる。
本発明による移動プラットホームでは、クランプ手段がキャリヤをクランプすることによって加えられる法線力は、グローブ状接触面の接線方向平面に、夫々の接触点を通してほぼ垂直に加えられる。
クランプ手段は、例えば、アーム、ニードル、プレート、ロッド、フェース、立方体等の形態を備えていてもよい。顕微鏡内で使用するためには、互いに垂直であり且つ電磁ビームの主方向に対して垂直な少なくとも二つの軸線を中心として試料を回転できるのが有利である。電磁ビームの主方向は、例えば、試料を通って又は試料に沿って放射される光子又は電子の主方向を意味するものと理解されるべきである。
本発明は、回転の他、特に三つの軸線に沿った並進にも適している。これは、例えば、顕微鏡検査法等の用途で試料を検査する上で非常に望ましい。
好ましい実施例では、本発明は三つのクランプ手段を有し、そのため、互いに直角な三つの軸線に沿って並進を行うことができ、互いに直角な少なくとも二つの軸線を中心として回転を行うことができる。三つ以上のクランプ手段により、原理的には、移動プラットホームを過剰拘束状態にする。例えば、クランプ手段の数を少なくするのが望ましい。これは、そうした場合にクランプ手段のスリップが小さくなるためである。スリップは、キャリヤの並進時又は回転時のクランプ手段の互いに対する協働が不完全であることにより生じる。
キャリヤの回転及び/又は並進を行うため、変位エレメントが設けられる。これらの変位エレメントは、クランプ手段を、グローブ状接触面に対し、夫々の接触点のところで、少なくとも接線方向に及び半径方向に(垂直方向に)変位する。変位エレメントは、例えば、ピストン又は圧電エレメントを含み、これにより、本発明による移動プラットホームでは、使用者は、クランプ手段を用いて接触点を約1ナノメートル以下の精度で変位させることができる。
本発明の別の利点は、キャリヤの回転、移動、及び/又は所定位置での保持を、大きな安定性を以て行うことができるということである。このことは、例えば、キャリヤの振動が比較的少ないということを意味する。キャリヤの振動は、例えば、外部からの影響及び/又は例えば電圧におけるノイズによる変位エレメントにおける不規則性による。安定性は、例えば、振動を約0.1ナノメートル以下にできることを特徴とする。
本発明による好ましい実施例では、キャリヤは凹所を含む。これは、「検査穴」として役立ち、この穴に又はこの穴を通して、例えば試料を入れ/保持し、検査を行うことができる。凹所は、レンズ、カメラ、チップ、センサ、ミラー等を含むように設計されていてもよい。顕微鏡では、例えば、凹所が連続しているのが有利であり、そのため、電磁放射線のビーム(光子、電子、紫外線、等)が、凹所を通って(及び例えば試料を通って及び試料に沿って)投影面に当たる。かくして、画像が形成される。有利な方法では、二重円錐形(double conical)形状即ち砂時計形状により、キャリヤを中央位置から回転させるとき、ビームは凹所を真っ直ぐに通過できる。キャリヤの角度回転を最大にするため、クランプ手段は、中央位置では、凹所からほぼ等しい距離にある。
有利な実施例では、弾性エレメント及び/又はヒンジエレメントが少なくとも一つのクランプ手段に設けられている。これにより、移動プラットホームの過剰拘束をできるだけなくす。好ましい実施例では、第1のクランプ手段に弾性エレメント及びヒンジエレメントが設けられており、第2のクランプ手段にヒンジエレメントが設けられている。これにより、例えばクランプ手段が互いに対して適正に協働していない場合にクランプ手段が互いに対して発生する抵抗を有利に低減できる。更に、クランプ手段とキャリヤとの間のスリップをなくす。一般的には、これらの特徴により、移動プラットホームの安定性及び精度が更に向上する。
好ましい実施例では、圧電エレメントを変位エレメントとして使用する。この技術は、本発明によるデバイスに対して有利である。これは、とりわけ、エネルギ消費が少なく、丈夫であり、可動部品がなく、非常に正確であるためである。
本発明の有利な実施例は、一つ又はそれ以上の線型圧電モータ(piezomotors) を使用する。これは、例えば、オランダ国アンシェードのトヴェンテ大学が1996年に刊行した、M.P.コスターの「移動及び位置決めを正確に行うための構造原理(Constructiepricipes voor het nauwkeurig bewegen en positioneren) 」から当業者に周知の原理である。この原理は、本発明の適正な理解と関連して、ここにしか説明しない。例えばインパクトドライブモータ、進行波モータ、摺動摩擦モータ、又は他の(圧電)モータ等の他の原理を本発明によるデバイスで使用してもよい。しかしながら、本発明の一実施例の構成要素として、線型圧電モータが非常に有用であるということがわかっている。この場合、一つのクランプ手段は、好ましくは、互いに非常に近接してキャリヤと係合する二つのフィンガを有する。従って、これらのフィンガとキャリヤとの二つの接触点は、一つの接触点と考えることができる。接触点は二つの接触点のほぼ中央にある。二つのフィンガは、接触点のところで、キャリヤに対してほぼ垂直である。キャリヤを回転するため、二つのフィンガがその場で「歩くように移動(walk)」する。「歩くように移動する」というのは、少なくとも、第1フィンガがキャリヤをクランプして回転すると同時に、他方のフィンガが、例えば接触面から離れるか或いは他方のフィンガをスリップさせることによりキャリヤをパスできるようにすることを含むものと理解される。キャリヤを更に回転しようとする場合には、同じクランプ手段の第2フィンガでキャリヤを捉えて回転させると同時に、第1フィンガを「引っ込め」、第2フィンガに沿って逆方向に移動する。その後、第1フィンガがキャリヤを再び捉えて回転させ、第2フィンガを引っ込め、第1フィンガに沿って逆方向に移動する。原理的には、所望の最終位置に達するまで、このサイクルを繰り返す。
このような実施例の利点は、移動プラットホームを非常にコンパクトに設計できるということである。回転時に、キャリヤはほぼその軸線を中心として回転し、コンパクトに設計できるフィンガはほぼその場所にとどまる。使用中、フィンガは一つの平面内にとどまり、そのため、移動プラットホームを非常に平らな設計にできる。このため、例えば連続した凹所を持つ好ましくは実質的に球形のキャリヤを大きな角度に亘って回転させることができる。
有利な実施例では、「揺動(lame)」ウォーカー(walker)を使用し、これによって、変位手段を用いて、一つのクランプ手段から、一方のフィンガだけを変位し、他方のフィンガは受動的である。「受動的」という用語は、変位エレメントを備えていないということを意味すると理解されるべきである。これによる利点は、休止状態において、キャリヤを受動的フィンガによってクランプでき、かくして変位エレメントでの及び変位エレメントからのノイズ及び/又は振動の影響をほとんど受けないため、安定した状態が得られるということである。
本発明による移動プラットホームは、顕微鏡、詳細には透過電子顕微鏡用の移動プラットホームとして非常に適している。透過電子顕微鏡のポールシュー間の非常にコンパクトな空間内で、試料を、非常に高度に安定した状態で検査するため、好ましくは、クランプ手段が下ポールシューに取り付けられている。クランプ手段を下ポールシューに取り付けることによって、キャリヤをクランプ手段に比較的簡単な方法で設けることができる。
本発明は、更に、本発明による移動プラットホームで使用するのに非常に適した試料キャリヤに関する。
本発明を明らかにするため、本発明によるデバイス及び方法の実施例を添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
この説明において、同じ又は対応する部分には、同じ又は対応する参照番号が付してある。例示の実施例として、とりわけ、透過電子顕微鏡用の移動プラットホームを説明する。しかしながら、本発明は、キャリヤを回転する幾つかの用途に適している。例えば、本発明による移動プラットホームは、光学装置で、マイクロアサンブラージュの技術分野で、様々な種類の顕微鏡法で、ロボットで、特にマイクロナノロボットで、リソグラフィー、カメラ、センサ等で使用できる。
例えば図1、図2、及び図3に示す本発明による実施例は、試料10を置くことができる移動プラットホーム1を含む。試料10は、例えば、更に詳細に検査するために拡大されるべきサンプル、材料、細菌、等を含む。例えば、電子顕微鏡では、試料10の組成物の一部をナノメートルレベルで、又はそれ以下で正確に拡大でき、そのため、使用者は、例えば、試料10の原子及び/又は分子の組成を見ることができる。この場合、試料10を、顕微鏡に対し、試料10の(分子の)特定の部分が更に好ましい態様で視界に現れるように、詳細には電子ビームに対して幾つかの位置に設定できるのが有利である。この目的のため、本発明は移動プラットホーム1を提供する。この移動プラットホーム1では、試料10は、例えば図1、図2、及び図3に示すようにキャリヤ2によって支持される。図2は、図1のA−A線での断面図である。
図1、図2、図3、図6、及び図7に示す球形キャリヤ2は、移動プラットホーム1の三つのクランプ手段3間に設けられる。クランプ手段3は、Fnで示す法線力Fnを球形接触面14に垂直に加えることによって、キャリヤを正しい位置に保持する。このようにして、キャリヤ2をクランプするため、Fwで示す摩擦力Fwを発生する。少なくとも三つのクランプ手段3を使用することにより、試料10を、互いに垂直な三つの軸線に沿って、及びこれらの軸線を中心として、好ましい態様で並進させることができ、及び回転させることができる。
図4では、キャリヤ2は、グローブ状接触面14を有する。この説明では、接触面14は、キャリヤ2がクランプ手段3と係合できる表面である。図4では、クランプ手段3は、接触面14に沿って移動するプレートとして設計されている。ここでは、少なくとも一つのクランプ手段3が、グローブ状接触面14に対し、例えば矢印20で示す方向に移動するときにキャリヤ2が回転することがわかる。
別の有利な実施例では、クランプ手段3は、図1、図2、及び図3、及び図5、図6、及び図7におけるように、「ウォーキングフィンガ」7として設計されている。この場合、クランプ手段3は、原理的には、キャリヤ2がその中心をほぼ同じ場所に置いた状態で回転するとき、端部がキャリヤ2の接触面14上で歩くように移動する(walk)少なくとも二つのフィンガ7を含む。これは、例えば一対のフィンガ7を、逆側のフィンガ対7に関して逆方向に「歩くように移動する」ことによって行うことができる。例えば奇数のクランプ手段3が設けられている場合には、ウォーキング速度を互いに関してアルゴリズムで関連させることができるということは、当業者には理解されよう。
プレート状クランプ手段3及びフィンガ状クランプ手段3は、両方とも、接触点13のところでキャリヤ2と係合する。キャリヤ2が回転するとき、接触面14は、クランプ手段3上で、又はクランプ手段の少なくとも一つのフィンガ7上で「転動」する。接触面14と係合するクランプ手段3及び/又はフィンガ7の端部が、例えば、平らであるか或いは細長い場合には、接触点13は、キャリヤ2の回転時に、接触面14に沿って、及びクランプ手段3に沿って、の両方で変位する。フィンガ7を持つ本発明による実施例に関して本発明を正しく理解するため、各フィンガ7対を一つのクランプ手段3と考えることができ、夫々の接触点13は、フィンガ7とキャリヤ2との接触点間にある。最小でも、一つの接触点13だけが一つの接触面14又は一つのクランプ手段3に対して移動する。この場合、移動プラットホーム1の少なくとも二つのクランプ手段3が、例えばフィンガ7に向けられている。本発明によれば、クランプ手段3の幾つかの実施例が本発明の範疇で可能であり、一実施例のクランプ手段3が互いに異なっていてもよいということは当業者には明らかであろう。
実質的に球形のキャリヤ2の利点は、法線力ベクトルFnの延長線がほぼこの中心と交差し、接触点13が、中央位置及びキャリヤ2の回転後の両方でほぼ一つの平面B内にとどまるということである。従って、全ての摩擦力Fwは、大きさ及び方向が実質的に同じままであり、比較的に安定しており且つ高度にコンパクトな移動プラットホーム1が得られる。従って、移動プラットホームを非常に平らであるように設計できる。
これに関し、添付図面に示す概略図は、単に例示を目的としたものであるということは、当業者には明らかであろう。簡略化を図るため、各断面において、二つのクランプ手段だけを示す。しかしながら、実際には、本発明による移動プラットホームは、好ましくは、少なくとも三つのクランプ手段3を備えている。当業者は、この調節を行う上で何ら困難がない。
しかしながら、本発明の範疇には幾つかの実施例が含まれる。これらの実施例は、(概略には)図2及び図3に示す断面を有する。例えば、好ましくは主方向11に対して垂直な、キャリヤ2の中心を通る一つの軸線に沿って、少なくとも二つのフィンガ7を、キャリヤ2の二つの反対側の側部の各々に位置決めできる。この場合、キャリヤ2を、主方向11に対して垂直な二つの軸線を中心として回転することもできるが、使用されるクランプ手段3の数は三つ以下であってもよい。このような移動プラットホームでは、単一のフィンガ7をクランプ手段3と考えることもできる。この実施例もまた、本発明の範疇に含まれるということは当業者には明らかであろう。
フィンガ7を移動させるため、フィンガ7を移動できる変位エレメントが設けられている。本発明による好ましい実施例では、これらのエレメントは、圧電エレメント4の形態で提供される。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えばピストンや枢動モータ等の多くの種類の変位エレメントが可能である。圧電エレメント4には、非常に小さな移動を制御可能な態様で伝達できるという利点がある。図5でわかるように、圧電エレメント4aを用いることにより、フィンガ7をキャリヤ2に向かって及びこのキャリヤから遠ざかる方向に半径方向に移動でき、即ち、キャリヤ2に対して垂直に移動でき、圧電エレメント4bを用いることにより、キャリヤ2に対して接線方向に移動できる。
ウォーキング原理に従って、圧電エレメント4aによるフィンガ7の半径方向移動により、少なくともキャリヤ2を並進させ、圧電エレメント4bによるフィンガ7の接線方向移動により、キャリヤ2を回転させる。図6には、二つのフィンガ7a、7bを含むクランプ手段3の一実施例が示してある。キャリヤは、クランプ手段3毎に、一対のフィンガ7a、7bを含む少なくとも一つのフィンガ7によってクランプされる。第1フィンガ7aを接線方向に移動すると同時に別のフィンガ7bを半径方向に引っ込めると、キャリヤ2が回転する。その後、第1フィンガ7aを半径方向に引っ込め、他方のフィンガ7bがキャリヤ2と接触するまでキャリヤ2を(キャリヤ2の反対側でも力が半径方向に加えられる)移動する。キャリヤと接触したとき、他方のフィンガ7bが接線方向に移動し、その結果、キャリヤ2が更に回転する。次いで、この他方のフィンガ7bを再び半径方向に引っ込める。その結果、第1フィンガ7aは、クランプ位置で、キャリヤを再び「捕捉」し、サイクルを再び開始する。かくして、有利な方法で、キャリヤ2を比較的安定して滑らかに回転させることができる。当然のことながら、ウォーキング原理は、変位エレメントを様々に制御することにより、様々な態様で適用できる。
一般的には、変位エレメントは、振動してしまったり、振動の制御がなされない場合がある。例えば、圧電エレメント4を振動させる電圧ノイズが圧電エレメント4に加わらないようにするのは困難である。従って、使用される変位エレメントの数をできるだけ少なくするのが望ましい。以上に鑑み、本発明による好ましい実施例では、有利には、図8に示すように、クランプ手段3毎に一つの「揺動(lame)」フィンガ7cを使用してもよい。この場合、クランプ手段3毎に、一つの第1フィンガ7aが、変位エレメントによってキャリヤ2に対して半径方向に並びに接線方向に変位するが、第2フィンガ7cは安定したままである。第2フィンガ7cは「休止点」として役立つ。このようにして、特に、キャリヤ2が所定位置に保持されているとき、プラットホーム1を高度に安定して移動する。これは、振動が低減されるか或いは遮断されるためである。
当然のことながら、本発明の範疇で多くの他の「ウォーキング」原理が考えられる。更に、本発明による移動プラットホーム1と関連して使用できる多くの変位手段が周知である。これらの変位手段には、例えばインパクトドライブモーター、進行波モータ、摺動摩擦モータ、等が含まれる。変位エレメントのこれらの例は、圧電エレメント4に関する。この他の変位エレメントとして、様々なエレメントがある。これらは、本発明の範疇に含まれるものと考えられる。
本発明による実施例を電子顕微鏡で使用する場合、キャリヤ2には凹所9が設けられていてもよい。凹所により、電子ビームを、主方向11で、キャリヤ2を通過させることができる。試料10が存在するため、ビームは凹所9で遮断されるか或いは、キャリヤ2の出側でのビームの強さが、主方向11に対して垂直な断面(投影断面)に亘って異なる。次いで、この強さの相違を捕捉して演算処理し、試料10の非常に高い解像度の画像を得ることができる。更に、凹所9は、有利には、例えば光線ビームや紫外線等の他の形態の電磁放射線に適合してもよいということは明らかである。
キャリヤ2は、主方向11に回転させることにより、電磁放射線を通すことができなければならない。図2、図3、及び図4に示すように、この目的のため、凹所9は、両側が円錐形になった形態又は砂時計形態を備えていてもよい。その結果、電子ビームの一部が、主方向11で凹所を通過する。これは、比較的大きい回転角度まで行われる。ここで、αは、キャリヤ2が、中央位置から、対応する軸線を中心として形成する角度である。従って、中央位置では、回転角度は0°である。
本発明によるキャリヤ2が、図1、図2、及び図3、及び図5、図6、及び図7の場合におけるように実質的に球形である場合には、キャリヤは、原理的には、全ての方向に360°に亘って回転できる。好ましい実施例では、球形形態2は凹所9のところが截頭してあり、そのためクランプ手段3が球形キャリヤ2をほぼ截頭部8の位置でクランプするまでしか回転できない。この場合、凹所9に約45°の傾斜角度βを提供するのが好ましい。図3でわかるように、約45°の回転角度では、主方向11での電子ビームの一部は、この場合でも、約45°の傾斜角度βの凹所9を真っ直ぐに通過できる。これ以上回転しようとする場合には、クランプ手段3が凹所9と係合し、電子が主方向11で遮断される。凹所9の傾斜角度βが小さい場合には、電子ビームは、主方向11でこれよりも以前に、比較的小さい回転角度αで遮断される。
本発明による別の実施例では、それにも関わらず、回転角度を大きくするため、キャリヤ2を、例えば図4に示すように、円環体形状の設計にしてもよい。円環体形状のキャリヤ2は、截頭を必要としない。これは、凹所9が円環体形状の中央部分22を通って延び、そのため、回転角度が截頭によって制限されないためである。この場合、主方向11の電子ビームを凹所9に通すことができる回転角度αは、例えば約70°まで増大する。最大回転角度αの大きさは、とりわけ、円環体形状のキャリヤ2とクランプ手段3との摩擦係数で決まる。更に、円環体形状のキャリヤ2の傾斜角度βによっても左右される。約70°の最大回転角度αについて、電子ビームの少なくとも一部を主方向11で凹所9に通すことができるように、少なくとも約70°の最小傾斜角度βが必要とされる。かくして、これにより、本発明によるキャリヤ2は、回転角度αを、非常に有利な態様で大きくするのが有利である。
例えば図4に示す、円環体形状のキャリヤ2を持つ本発明による実施例では、プレート状クランプ手段を使用するのが有利である。これらのクランプ手段3は、接触点13のところで、円環体形状のキャリヤを、グローブ状接触面14との接触面(接線方向平面)に対して垂直にクランプする。回転するとき、円環体形状のキャリヤ2は必然的に傾き、そのためプレート状クランプ手段3の接触点13は一つの平面B内にない。
プレート状クランプ手段3は、更に、球形キャリヤ2をクランプするのにも適しているということは自明である。この場合、接触点13は、確かに、ほぼ一つの平面B内にあり、法線力Fnはキャリヤ2の中心と交差する。
キャリヤ2の回転時にクランプ手段3が正確に同期して制御されていない場合にはスリップが生じ、これにより不正確さがもたらされる。このようにして、特に過剰拘束されたシステム1は、不正確さをもたらす。これが起らないようにするため、本発明による移動プラットホーム1の好ましい実施例では、少なくとも一つのクランプ手段3aがヒンジで弾性的に配置されている。
本発明によるこのような実施例を図6に示す。この実施例は、三つのクランプ手段3a、3b、及び3cを含む。最後に言及したクランプ手段3cは、図の平面で見てキャリヤ2の後側に配置されている。本発明による好ましい実施例は、ヒンジエレメント6aによって軸線Aを中心としてヒンジ連結された少なくとも一つのクランプ手段3aを使用する。このようにして、ヒンジ方向でスリップを発生し、即ち対応する接線方向でのスリップの発生を大幅に低減する。クランプ手段3aは、更に、第2ヒンジエレメント5Bによって第2軸線Bを中心としてヒンジ連結されている。そのため、スリップが、対応する第2接線方向で発生し、即ち夫々のヒンジ方向が大幅に阻止される。この場合、軸線A及び軸線Bは、互いにほぼ垂直である。ヒンジエレメント6cによって、別のクランプ手段3bを軸線Cを中心としてヒンジ連結する。この軸線は、軸線Aと平行である。従って、クランプ手段3bの対応する接線方向でのスリップが大幅に阻止される。第3クランプ手段3cは剛性に配置されている。
クランプ手段3aに弾性エレメント即ち圧縮性エレメント6を設けることによって、別の過剰拘束をなくすことができる。弾性エレメントを備えたクランプ手段3aは、ばね方向で撓むが、弾性エレメント6を備えたこのクランプ手段3aはキャリヤ2に十分なクランプ力Fnを加える。クランプ手段3で弾性エレメント6、例えばばね、ピストン、弾性エレメント等を使用することにより、好ましくは夫々のクランプ手段3aに対してほぼ垂直なばね方向での並進と関連した抵抗をなくす。抵抗を有利な方法でなくすことによっても、スリップが大幅に低減される。
このようなヒンジエレメント5及び弾性エレメント6は、本発明による他の実施例でも、例えばプレート状クランプ手段3でも使用できるということは、当業者に明らかであろう。
本発明による移動プラットホーム1により、少なくとも三つの軸線を中心とした回転及びこれらの軸線に沿った並進を非常に有利な態様で行うことができる。例えば、電子顕微鏡の用途では、多くの場合、互いに垂直な二つの軸線を中心とした回転で十分である。これらの軸線は、主方向11に対して垂直である。主方向11に対して垂直な回転は、必ずしも必要とされない。これは、この目的のため、例えば投影画像をソフトウェアによって回転するといったこの他の解決策を用いることができるためである。この場合、投影画像は、例えば後にコンピュータで得られる、試料10を示すものである。この場合、例えば上述のヒンジ5A、5B、及び5Cを用いた、少なくとも二つのヒンジクランプ手段3を使用するのが好ましい。
キャリヤ2が、主方向11に対して垂直な二つの軸線のみを中心として回転する場合、主方向11に対して垂直な二つの軸線を中心とした特定の回転順序により、キャリヤ2が主方向11を中心として不時に回転する場合がある。このような不時の回転は、他の二つの軸線を中心とした回転と協働するアルゴリズムでこれらを考慮することによって、なくすことができる。主方向11を中心とした不時の回転は、他の二つの軸線を中心とした回転を様々に制御することによっても相殺できる。
透過電子顕微鏡では、電子ビームがキャリヤ2に沿って及び/又はキャリヤ2を通って安定して移動するように、本発明による移動プラットホーム1の一実施例をポールシュー17の近くに配置する。電子ビームは、ポールシュー17aと17bとの間で、主方向11に放射される。上下のポールシュー17間には(図6に示すように)、試料10を配置するためのコンパクトな空間が残されている。この場合、キャリヤ2をクランプ手段3間に比較的簡単な方法で配置できるように、クランプ手段3を下ポールシュー17a2及び17b2に取り付けるのが有利である。多くの透過電子顕微鏡ではこの空間は、約数mmの長さ、幅、及び高さを有する。本発明による実施例は、有利には、コンパクトな空間内で使用できる。
図7は、透過電子顕微鏡のポールシュー17に有利な態様で取り付けられたクランプ手段3を概略に示す。更に、試料10を簡単な方法で設けることができるように、顕微鏡からのキャリヤ2の取り出し及び顕微鏡へのキャリヤ2の配置を簡単に行うことができるのが好ましい。この目的のため、例えば少なくとも一つの取り付け手段12によって、少なくとも一つのクランプ手段3を緩めたり顕微鏡に再取り付けすることができる。その結果、試料10を顕微鏡に配置したり、この顕微鏡から取り外したりするためにキャリヤをクランプ手段から簡単に取り外すことができる。このクランプ手段3は、弾性エレメント及びヒンジエレメント5、6の両方を備えたクランプ手段3aであるのが有利であり、そのため、有利には、システムの精度にほとんど影響を及ぼすことなく、クランプ手段3を交換できる。クランプ手段3、好ましくは、クランプ手段3aを夫々容易に取り付けることができるように、クランプ手段3を、下ポールシュー17a2及び17b2に取り付けるのが有利である。
当然のことながら、移動プラットホーム1全体を顕微鏡から取り外すことができ、又は、逆に、固定的に取り付けることができる。更に、本発明の範疇で、例えばキャリヤ2等の移動プラットホーム1の別々の部品を交換できる。
幾つかの実施例が本発明の範疇に含まれるということは明らかであろう。例えば、試料10を、例えばホルダ等の別の部品により、キャリヤ2上に又はこのキャリヤ内に位置決めしてもよいし、移動プラットホーム1をホルダに配置してもよい。変更をもたらすけれども、発明の概念を変えることがない多くの中間部品が考えられる。更に、移動プラットホーム1を、例えば顕微鏡又は地球に対して任意の角度に配置してもよい。中間位置では、移動プラットホーム1は、斜めであってもよいし、垂直であってもよいし、水平であってもよい。キャリヤ2が静止しており、移動プラットホーム1が移動してもよい。例えば図5Aに示すように、接触面14は、中空であるように設計されていてもよいし、凹状であるように設計されていてもよく、クランプ手段3は、例えばキャリヤ2の内側に設けられていてもよい。更に、クランプ手段3は、多くの形状に適合させることができる。本明細書中に説明しなかった、本発明による多くの実施例は、当業者には明らかであろう。
図1は、本発明の一実施例による移動プラットホームの概略平面図である。 図2は、中間位置にある、図1による移動プラットホームのA−A断面での概略正面図である。 図3は、回転位置にある、図2に示す移動プラットホームの断面の概略正面図である。 図4は、回転位置にある、本発明の第2実施例の移動プラットホームの断面の概略正面図である。 図5は、本発明の一実施例に従って圧電エレメントを接触面に当てたフィンガの概略正面図である。 図5Aは、本発明の一実施例に従って圧電エレメントを凹状の接触面に当てたフィンガの概略正面図である。 図6は、本発明の有利な実施例による移動プラットホームの概略斜視図である。 図7は、透過電子顕微鏡での移動プラットホームの断面の概略正面図である。 図8は、一つの揺動フィンガを持つクランプ手段の概略平面図である。
符号の説明
1 移動プラットホーム
2 球形キャリヤ
3 クランプ手段
7 ウォーキングフィンガ
10 試料
13 接触点
14 球形接触面
Fn 法線力
Fw 摩擦力

Claims (27)

  1. キャリヤ及び間隔が隔てられた少なくとも三つのクランプ手段を含む移動プラットホームにおいて、
    前記クランプ手段の各々は、キャリヤを、前記キャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面における接触点でクランプし、
    少なくとも一つのクランプ手段は、前記キャリヤを少なくとも二つの仮想軸線を中心として回転できるように、前記接触点を、少なくとも夫々の接触面及び/又は少なくとも夫々のクランプ手段に対して変位させるための少なくとも一つの変位エレメントを有し、
    前記クランプ手段によって前記キャリヤに加えられる法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、
    これらの平行な平面は、夫々の接触点での前記グローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である、移動プラットホーム。
  2. 請求項1に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記変位エレメントは、少なくとも一つのクランプ手段を、接触点のところで、前記キャリヤに対してほぼ垂直に、及び/又は接触点のところで、前記キャリヤに対してほぼ接線方向の少なくとも一つの方向に変位するように設計されている、移動プラットホーム。
  3. 請求項1又は2に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記キャリヤは、好ましくは二つの両側部を截頭した実質的に球形の形態を有する、移動プラットホーム。
  4. 請求項1又は2に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記キャリヤは実質的に円環体形状である、移動プラットホーム。
  5. 請求項1乃至4のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記キャリヤには少なくとも一つの凹所が設けられている、移動プラットホーム。
  6. 請求項5に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記凹所は連続した凹所である、移動プラットホーム。
  7. 請求項6に記載の移動プラットホームにおいて、
    中央位置において、前記クランプ手段から前記凹所の第1縁部までの距離、及び前記クランプ手段から前記キャリヤの反対側に配置された前記凹所の第2縁部までの距離はほぼ等しい、移動プラットホーム。
  8. 請求項1乃至7のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記クランプ手段が前記キャリヤに加える記法線力は、ほぼ一つの平面内にあり、ほぼ前記キャリヤの中心を通る、移動プラットホーム。
  9. 請求項1乃至8のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
    少なくとも一つのクランプ手段は弾性エレメントを含み、この弾性エレメントは、力を、夫々の接触点のところで、前記接線方向平面に垂直に加える、移動プラットホーム。
  10. 請求項1乃至9のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記少なくとも一つのクランプ手段、好ましくは二つのクランプ手段は、少なくとも一つのヒンジエレメントを含む、移動プラットホーム。
  11. 請求項9又は10に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記クランプ手段には、少なくとも一つの弾性エレメント及び少なくとも一つのヒンジエレメントが設けられている、移動プラットホーム。
  12. 請求項1乃至11のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記クランプ手段は、プレートによって前記キャリヤをクランプする、移動プラットホーム。
  13. 請求項1乃至12のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記クランプ手段は、各々、二つのフィンガを含む、移動プラットホーム。
  14. 請求項13に記載の移動プラットホームにおいて、
    フィンガの接触面、接触線、又は端部を、夫々の接触点のところで前記キャリヤに対してほぼ接線方向に変位するための少なくとも一つの変位エレメントの、及び/又はフィンガの前記接触面、接触線、又は端部を、夫々の接触点のところで前記キャリヤに対してほぼ垂直方向に変位するための変位エレメントの、一つのフィンガがクランプ手段毎に設けられている、移動プラットホーム。
  15. 請求項1乃至14のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記キャリヤを取り外す目的のため、少なくとも一つのクランプ手段の少なくとも一つの部品を取り外すことができる、移動プラットホーム。
  16. 請求項1乃至15のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
    少なくとも一つのヒンジエレメント及び/又は一つの弾性エレメントを備えた少なくとも一つのクランプ手段の少なくとも一部を取り外すことができる、移動プラットホーム。
  17. 請求項1乃至16のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記変位エレメントは、圧電エレメントを含む、移動プラットホーム。
  18. 顕微鏡、詳細には電子顕微鏡、更に詳細には透過電子顕微鏡で試料を回転し位置決めするための、請求項1乃至17のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホーム。
  19. 請求項1乃至18のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホーム用の試料キャリヤにおいて、
    二つの両側を截頭した実質的にグローブ状形態、詳細には球形形態又は円環体形態を有し、截頭平面に少なくとも一つの凹所が設けられた、試料キャリヤ。
  20. 請求項1乃至18のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームを備えた顕微鏡。
  21. 請求項20に記載の顕微鏡において、
    前記クランプ手段は、一端が前記顕微鏡に取り付けられている、顕微鏡。
  22. 請求項20又は21に記載の顕微鏡において、
    前記顕微鏡は透過電子顕微鏡であり、前記クランプ手段は少なくとも一つのポールシューに取り付けられている、顕微鏡。
  23. キャリヤを回転するための方法において、
    少なくとも三つのクランプ手段の各々が、キャリヤを、前記キャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面における接触点でクランプし、
    少なくとも一つのクランプ手段が、夫々の接触点を、少なくとも一つの夫々の接触面及び/又は少なくとも一つの夫々のクランプ手段に対して変位させ、
    前記クランプ手段が前記キャリヤに加える法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、
    これらの平行な表面は、夫々の接触点におけるグローブ状接触面で、前記接線方向平面に対してほぼ垂直である、方法。
  24. 請求項23に記載の方法において、
    顕微鏡、詳細には透過電子顕微鏡で試料を回転する際に使用される、方法。
  25. キャリヤ及び間隔が隔てられた少なくとも三つのクランプ手段を含む移動プラットホーム、好ましくは、請求項1乃至18のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームにおいて、
    前記クランプ手段の各々は、キャリヤを、接触点のところで、及び前記キャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面のところでクランプし、少なくとも一つのクランプ手段には、前記キャリヤを少なくとも二つの仮想軸線を中心として回転できるように、前記接触点を、少なくとも夫々の接触面及び/又は少なくとも夫々のクランプ手段に対して変位するための少なくとも一つの変位エレメントが設けられており、前記クランプ手段によって前記キャリヤに加えられる法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、これらの平行な平面は、夫々の接触点での前記グローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である、移動プラットホーム。
  26. キャリヤ及び間隔が隔てられた少なくとも三つのクランプ手段を含む移動プラットホーム、好ましくは、請求項1乃至18のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームを備えた顕微鏡において、
    前記クランプ手段の各々は、キャリヤを、接触点のところで、及び前記キャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面のところでクランプし、少なくとも一つのクランプ手段には、前記キャリヤを少なくとも二つの仮想軸線を中心として回転できるように、前記接触点を、少なくとも夫々の接触面及び/又は少なくとも夫々のクランプ手段に対して変位するための少なくとも一つの変位エレメントが設けられており、前記クランプ手段によって前記キャリヤに加えられる法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、これらの平行な平面は、夫々の接触点での前記グローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である、顕微鏡。
  27. キャリヤを、顕微鏡で、好ましくは請求項1乃至18のうちのいずれか一項に記載の移動プラットホームを使用して回転する方法において、
    少なくとも三つのクランプ手段の各々が、キャリヤを、接触点のところで、前記キャリヤの少なくとも一つのグローブ状接触面のところでクランプし、少なくとも一つのクランプ手段は、夫々の接触点を、少なくとも夫々の接触面及び/又は少なくとも夫々のクランプ手段に対して変位し、前記クランプ手段が前記キャリヤに加える法線力は、ほぼ平行な平面内にあり、これらの平行な平面は、夫々の接触点での前記グローブ状表面の接線方向平面に対してほぼ垂直である、方法。
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